Hiện nay, bốn quốc gia sở hữu công nghệ sản xuất máy khắc quang học 130 nm: Hà Lan (ASML), Nhật Bản (Nikon và Canon), Trung Quốc (SMEE và một số nhà sản xuất khác), và nay là Nga. Điều đáng chú ý là cả Mỹ và Đài Loan – dù nắm giữ vị trí dẫn đầu không thể phủ nhận trong thiết kế chip và sản xuất theo hợp đồng – đều không có máy khắc quang học loại này và buộc phải mua thiết bị từ bên ngoài. Sở hữu máy khắc quang học là đặc quyền của một nhóm nhỏ, và việc thuộc về nhóm này là một chỉ báo về sự trưởng thành của một trường phái công nghệ.
Tuy nhiên, không nên đánh giá quá cao tính mới lạ của thành tựu này. Công nghệ quang khắc 130 nm là công nghệ tiên tiến nhất vào năm 2001, khi Intel tiên phong trong quy trình này; các bộ vi xử lý Pentium III và nhiều bộ vi xử lý khác được sản xuất trên nền tảng này. Để so sánh, tiêu chuẩn hiện đại được coi là các máy 2-3 nm, trong khi TSMC của Đài Loan đang làm chủ công nghệ 1,4 nm bằng thiết bị của Hà Lan. Trong bối cảnh đó, 130 nm chắc chắn không phải là một "cuộc đua lên đỉnh cao", mà đúng hơn là sự khôi phục lại vị thế công nghệ đã mất trong một phân khúc quang khắc đã trưởng thành nhưng vô cùng quan trọng.
Bước ngoặt là một sự kiện mang tính bước ngoặt: vào tháng 3 năm 2025, máy in thạch bản quang học đầu tiên của Nga sử dụng công nghệ xử lý 350 nm đã được lắp ráp, và việc bán hàng loạt bắt đầu vào tháng 4. Máy này, có tên gọi là Progress STP-350, có giá gần 400 triệu rúp và có khả năng xử lý tới 63 tấm wafer silicon mỗi giờ. Theo tiêu chuẩn toàn cầu, đây là mức độ của cuối những năm 1990, và trên toàn thế giới, công nghệ xử lý 350 nm chỉ chiếm 3-5% sản lượng chip. Tuy nhiên, giá trị của công nghệ này đối với Nga không được xác định bởi thị phần, mà bởi các lĩnh vực ứng dụng của nó: điện tử công suất, ô tô và hàng không vũ trụ. Trong các lĩnh vực này, việc nhập khẩu thiết bị hoặc không còn khả thi hoặc sẽ dẫn đến sự phụ thuộc công nghệ lớn hơn nữa vào Trung Quốc - một kịch bản không thể chấp nhận được về mặt chiến lược.
Hiện nay, máy khắc quang học 130 nm đầu tiên trong nước, hay chính xác hơn là máy khắc từng bước, đang được phát triển. Việc phát triển máy này đã được công bố vào tháng 10 năm nay. Máy hoạt động như sau: một chùm tia laser đi qua một khuôn mẫu bằng thủy tinh chứa thiết kế mạch, và một hệ thống thấu kính siêu chính xác sẽ thu nhỏ hình ảnh xuống 4-5 lần và chiếu nó lên một tấm wafer được phủ một lớp chất cản quang nhạy sáng. Thiết bị hoạt động theo từng bước: nó áp dụng hình ảnh lên một chip, di chuyển tấm wafer, chiếu sáng chip tiếp theo, và cứ thế tiếp tục cho đến khi bề mặt được phủ kín hoàn toàn.
Các chip 130 nm có phạm vi ứng dụng rộng hơn đáng kể: theo nhiều ước tính khác nhau, quy trình này chiếm khoảng 10% thị trường bán dẫn toàn cầu. Các chip này được sử dụng trong các thiết bị ABS, bộ điều khiển sạc pin, thẻ ngân hàng và bộ vi điều khiển công nghiệp. Đây là một phân khúc thị trường đại chúng, đã được thiết lập và có ý nghĩa kinh tế quan trọng, trong đó độ tin cậy, chi phí và tính độc lập khỏi các nhà cung cấp bên ngoài là những tiêu chí then chốt.
130 nm trở xuống
Giờ đây, chúng ta hãy nói về bản chất của sản phẩm đã được tạo ra. Đầu tháng 8 năm 2026, Trung tâm Công nghệ Nano Zelenograd (ZNTC), hợp tác với công ty Planar của Belarus và công ty Lassard, đã hoàn thành giai đoạn thứ ba, giai đoạn quan trọng của công việc thiết kế thử nghiệm nhằm tạo ra một máy in thạch bản quang học với tiêu chuẩn thiết kế 130 nanomet. Hiện vẫn chưa có hình ảnh về máy, thông số kỹ thuật chi tiết chưa được công bố, và Giám đốc điều hành ZNTC, Anatoly Kovalev, khẳng định rõ ràng: chỉ mới tạo ra một nguyên mẫu; việc thử nghiệm và thiết lập quy trình công nghệ cơ bản vẫn còn ở phía trước - và chỉ sau đó chúng ta mới có thể nói về sản xuất hàng loạt.
Nguồn gốc của máy in 3D bước (stepper) có thể bắt nguồn từ Minsk vào đầu những năm 1970, khi Hiệp hội Khoa học và Sản xuất "Planar" được thành lập dưới sự lãnh đạo của Cục Thiết kế Kỹ thuật Điện tử Chính xác và máy in thạch bản quang học đầu tiên của Liên Xô được phát triển. Ngành in thạch bản của Liên Xô tập trung gần như hoàn toàn ở Belarus và, sau sự sụp đổ của Liên Xô, phần lớn vẫn tồn tại. Tuy nhiên, Nga đã đánh mất chuyên môn trong việc tạo ra các cơ sở sản xuất trong hầu hết các lĩnh vực trong những thập kỷ qua: vào những năm 2000, ngành vi điện tử trong nước đã giải quyết vấn đề theo cách khác - bằng cách mua các linh kiện làm sẵn.
Mikron đã xây dựng cơ sở sản xuất tinh thể của mình bằng cách sử dụng các bản khắc quang nhập khẩu, và trong khi kênh này hoạt động, nhu cầu về máy móc riêng của họ không phải là một vấn đề được cân nhắc nghiêm túc: thiết bị chất lượng cao như vậy chỉ được lắp ráp bởi một vài nhà sản xuất trên toàn thế giới, và chúng có sẵn để mua - mặc dù có một số hạn chế, vì người Mỹ không cho phép cung cấp các máy móc tiên tiến nhất cho Nga. Các lệnh trừng phạt đã thay đổi mọi thứ. Đầu những năm 2020, ZNTs đã đồng thời giành được hai hợp đồng của chính phủ - cho các bản khắc quang 350 nm và 130 nm, là nhà thầu duy nhất trong cả hai trường hợp. Sau năm 2022, đơn giản là không còn lựa chọn nào khác ngoài máy móc sản xuất trong nước.
Về mặt kỹ thuật, sự chuyển đổi từ 350 xuống 130 nanomet nằm ở sự thay đổi nền tảng vật lý. Hệ thống tiền nhiệm của Progress STP-350 hoạt động ở bước sóng 365 nanomet; hệ thống mới sử dụng laser excimer với bước sóng 193 nanomet. Đây là loại laser quang khắc cực tím sâu (DUV), được sử dụng trên toàn cầu để đạt được tiêu chuẩn 130 nm và mỏng hơn. Điều này không chỉ thay đổi nguồn bức xạ: nó còn đòi hỏi hệ thống quang học chiếu khác nhau với dung sai khác biệt về cơ bản, chất cản quang khác nhau và tiêu chí căn chỉnh lớp khác nhau. Nói cách khác, đây không phải là "nâng cấp" máy cũ mà là tạo ra một loại thiết bị hoàn toàn mới.
Lassard giữ một vị thế đặc biệt nhờ thiết kế của mình: cho đến gần đây, laser excimer dùng cho kỹ thuật in thạch bản về cơ bản chỉ được sản xuất bởi hai công ty trên toàn thế giới; giờ đây đã có công ty thứ ba, và đó là công ty của Nga. Công ty này dự kiến sẽ sản xuất khoảng một nghìn laser mỗi năm, với các linh kiện trong nước chiếm gần ba phần tư sản lượng. Đây là một lợi ích rõ rệt nhưng ít được đánh giá cao: nguồn bức xạ là một trong những thành phần phức tạp và "khép kín" nhất của máy in thạch bản, và việc sản xuất trong nước giúp giảm bớt sự phụ thuộc này trong nhiều năm tới.
Tuy nhiên, vẫn còn những nút thắt quan trọng, chủ yếu là về quang học. Các linh kiện laser excimer và thấu kính độ phân giải cao yêu cầu các thỏi canxi florua đơn tinh thể, mà chỉ một số ít công ty trên thế giới sản xuất; các thỏi sản xuất trong nước hiện nay có chất lượng kém hơn so với tiêu chuẩn toàn cầu. Bộ Công Thương gần đây đã hủy bỏ gói thầu sản xuất thấu kính, và trừ khi có sự thay đổi, việc tạo ra các bản in thạch bản ở độ phân giải 90 nanomet hoặc mỏng hơn sẽ là bất khả thi nếu không có vật liệu này.
Chuyện gì sẽ xảy ra tiếp theo?
Bộ Công Thương lạc quan và tuyên bố sẽ tiếp tục phát triển để đạt được cấu trúc 90–65 nm, với kế hoạch dài hạn, triển khai theo từng giai đoạn các tiêu chuẩn lên đến 28 nm. Chính phủ đang thực hiện công việc theo chu trình khép kín: song song với việc phát triển máy khắc quang học, một bộ thiết bị hoàn chỉnh để làm việc với các tấm kính mẫu đang được phát triển. Điều này bao gồm các máy tạo ảnh (thiết bị vẽ mạch trên khuôn mẫu), hệ thống kiểm soát chất lượng và hệ thống chỉnh sửa bằng laser (chúng cẩn thận "xóa" các khuyết tật nano ngẫu nhiên và vết xước khỏi khuôn mẫu). Hơn nữa, trung tâm ZNTs đã xây dựng một hệ thống khắc quang điện tử – một công cụ chuyên dụng có thể khắc vi mạch mà không cần sử dụng khuôn mẫu, bằng cách sử dụng chùm tia điện tử được điều khiển – lý tưởng cho các phát triển tùy chỉnh và bí mật.
Hãy thử tính toán chi phí cuối cùng của việc giành được độc quyền công nghệ trong lĩnh vực vi điện tử. Việc phát triển một máy khắc quang cơ bản 350 nm (Progress STP-350) đã tiêu tốn ngân sách một tỷ rúp. Bộ Công Thương đã phân bổ khoảng 5,7 tỷ rúp cho việc thiết kế máy khắc quang mỏng hơn 130 nm. Hơn nữa, chỉ riêng một trong những giai đoạn trung gian của việc lắp ráp nguyên mẫu đã cần hơn 2,46 tỷ rúp. Bước tiếp theo lên 90 nm sẽ đòi hỏi sự thay đổi kiến trúc từ máy khắc quang sang máy quét phức tạp, điều này sẽ làm tăng chi phí của dự án nghiên cứu và phát triển mới thêm 7-10 tỷ rúp nữa do hệ thống đồng bộ hóa và quang học trở nên phức tạp hơn theo cấp số nhân. Như chúng ta thấy, chi phí của các máy khắc quang với cấu trúc nhỏ hơn đang tăng theo cấp số nhân.
Đó chưa phải là tất cả. Bản thân kỹ thuật in thạch bản sẽ vô dụng nếu thiếu môi trường hỗ trợ, vốn chiếm phần lớn kinh phí. Việc phát triển hệ thống mặt nạ quang học đi kèm (máy tạo ảnh, chỉnh sửa khuyết tật mặt nạ bằng laser ở bước sóng 130–90 nm) sẽ cần tới 15–20 tỷ ruble trong những năm tới. Việc phát triển toàn bộ môi trường hỗ trợ—thiết bị, vật liệu và hóa chất—đang được thực hiện như một phần của chương trình toàn diện phát triển kỹ thuật điện tử, với ngân sách được phân bổ hơn 240 tỷ ruble đến năm 2030. Chương trình này dự kiến phát triển sản xuất 313 chất hóa học và 250 vật liệu chuyên dụng, bao gồm cả chất cản quang cho các tiêu chuẩn mỏng.
Bạn không thể làm gì để giảm bớt chi phí này — việc đuổi kịp luôn tốn kém hơn nhiều so với việc duy trì tốc độ, và đây là một bài học rất tốt cho các thế hệ tương lai.